2.3 Memoria De Calculo Y Diseño Geometrico Suitucancha

PROYECTO: “CREACION DE TROCHA CARROZABLE TRAMO CHANGO – SHIMANA L 7+520 KM. DISTRITO DE CHACAYAN, PROVINCIA DANIEL CARRION - PASCO”

2.3. MEMORIA DE CÁLCULO Y DISEÑO GEOMÉTRICO A) ALINEAMIENTO HORIZONTAL DESCRIPCION DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DEL EJE DE LA CARRETERA En el presente Estudio del mejoramiento de la carretera, el Diseño Geométrico se ha basado en las Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras y el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001 del MTC y el Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito 2008. Las Normas Peruanas de Carreteras nos indican que la velocidad directriz es la escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño. Dentro del presente Proyecto y diseño, las características geométricas (radio mínimo de las curvas horizontales y verticales, distancias de visibilidad de parada y de sobrepaso, etc.) están relacionadas con la velocidad directriz. La selección de la velocidad directriz está influenciada directamente por el relieve del terreno, tipo de la carretera a construirse, volúmenes y tipo de tránsito que se espera y además de consideraciones de orden económico. Determinándose para este Proyecto la Velocidad Directriz de 20 km/h. B) CURVAS HORIZONTALES CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS El tramo cuenta con curvas horizontales, sobre anchos, peraltes de las curvas horizontales y la visibilidad, están determinados en función a la velocidad directriz. El desarrollo de la carretera presenta en la mayoría de su recorrido un tramo en corte en ladera, debido a lo accidentado del terreno, la pendiente es variables de 0.314 a 11.93 %, proyectándose la colocación de una capa de afirmado sobre la sub rasante, el material seleccionado a utilizar será proveniente de las canteras identificadas en el proyecto. Siendo la Velocidad de diseño adoptada para este tramo de 20 km/hr, y apoyados por la tablas del Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito 2008, se ha

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obtenido un radio horizontal mínimo de 15.00 m y un radio mínimo excepcional en curvas de volteo de 12.00 m. el peralte se determino en 6 % de acuerdo al tipo de carretera. Referente ha los sobres anchos adoptados en las curvas horizontales, se han calculado de acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras con la siguiente formula: VALORES DEL SOBREANCHO

S Es el sobre ancho en metros. n Es el número de carriles, que en este caso es 02 (km 0+000-8+000) y de 01carril (km 8+000-30+620) R Es el radio de la curva en metros. V Es la distancia entre ejes del vehículo, que en este caso es 4.50 metros (km 0+000-8+000) y 3.50 metros. (Km 8+0000-30+620) Siendo el valor mínimo a tomar de 0.30 mts. Los peraltes de las curvas fueron determinadas de acuerdo con el Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito, que indica el tipo de carreteras de zona rural (Tipo 1, 2 o 3), el mismo que el presente proyecto es de 6.00 % La variación de los sobreanchos y el peralte a lo largo de las curvas horizontales, están en función de la longitud de la curva y de la longitud de transición aplicándose en el lado interior de la misma. Otra característica geométrica importante en la vía a analizar es la referente a la Visibilidad. Las distancias de la Visibilidad a considerar son dos, necesaria para detener el vehículo y la necesaria para que un vehículo adelante a otro que viaja con velocidad inferior, en el mismo sentido. El Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito, nos da valores de Distancia de Visibilidad de Parada (metros) de acuerdo al Cuadro siguiente

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La distancia de visibilidad de Adelantamiento (paso), no se considera para el presente proyecto ya que, la carretera es de un solo sentido y la calzada es de 3.50 m. y 0.50 m. de cunetas; por lo que se considera plazoletas de cruce cada 500.00 m. de 3.00 m x 30.00 m. DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE Y ARTE El drenaje se ve en dos casos: el Superficial y el Subterráneo. En el caso del presente proyecto, solamente se tiene el primer caso, Drenaje Superficial. Este tipo de drenaje, esta dado en función al bombeo de la sección así como al peralte, así mismo las pendientes mínimas no deberán ser menores de 0.5% a fin de facilitar el movimiento de las aguas en las cunetas en su recorrido hacia las alcantarillas u otro tipo de desagüe natural. El drenaje se ve en dos casos: el Superficial y el Subterráneo. CUNETAS DE DRENAJE Las cunetas son canales longitudinales de forma triangular cuya función es recoger y eliminar rápidamente las aguas que cae sobre la plataforma, debido a su pendiente transversal y bombeo. Para el caso del proyecto, la sección de las cunetas, serán de forma triangular de 1.00 x 0.50 m. en 19,000.00 m. ubicada según la necesidad del proyecto y por encontrarse en zona lluviosa, sin revestir en su totalidad. Estas son definidas de acuerdo a Normas Peruanas de Diseño de Carreteras. Están ubicadas generalmente en el lado del corte, según lo planteado en las secciones tipo para las diferentes topografías. Las cunetas se han diseñado de acuerdo a la zona de ejecución de la obra, donde se tomo en cuenta el tipo de terreno. ALCANTARILLAS Las alcantarillas son estructuras de drenaje, que sirven para conducir agua de las cunetas y/o aguas de quebradas pequeñas, pasando la vía en forma transversal, pueden ser de varios materiales y formas, de acuerdo a los requerimientos y facilidades. Para este estudio se consideraron las alcantarillas de TMC; alcantarillas con una sola pendiente. La ubicación de esta obra de arte esta de acuerdo a la topografía del terreno y pequeños caudales a evacuarse, en concordancia con las características hidrológicas y meteorológicas de la zona, así como la naturaleza y pendiente del cauce y del costo de los materiales en relación con la disponibilidad de los mismos. La cantidad y ubicación se fijaron de forma tal que garantice el drenaje, evitando la acumulación excesiva de agua en

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los tramos de la carretera y teniendo en consideración la variación y cambios de pendientes a lo largo de la vía. En el diseño hidráulico se ha aplicado la forma racional para determinar el gasto del retorno de un periodo de 25 años siendo más fáciles para realizar su limpieza y eviten el enterramiento.

C) SECCIONES TRANSVERSALES CALZADA En el diseño de carreteras de muy bajo volumen de tráfico IMDA < 50, la calzada podrá estar dimensionada para un solo carril. En los demás casos, la calzada se dimensionará para dos carriles. En el cuadro siguiente se indican los valores apropiados del ancho de la calzada en tramos rectos para cada velocidad directriz en relación al tráfico previsto y a la importancia de la carretera.

D) TRAZO DE PERFIL LONGITUDINAL, EXPLANACIONES NIVELACIÓN Para el control altimétrico de la vía se ha considerado 63 BMs (Bench Marks), ubicados cada 500.00 m., habiendo efectuado una nivelación cerrada entre BM´s. Los BMs se verificaron con nivelación de ida y vuelta cada 500.00 m. obteniéndose diferencias menores a la tolerancia especificada de 0.010 m/km. PERFIL LONGITUDINAL

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Se ha mantenido las mismas gradientes y pendientes existentes en la carretera, realizando algunos mejoramientos entre ellas, con la finalidad de no realizar grandes taludes de corte, los mismos que son inestable, no se han realizado variantes para el mejoramiento o reducción de algunas pendientes, debido a que a ambos lados de la carretera existen tierras de cultivo, cuyos propietarios no quieren ceder un área determinada para el mejoramiento de las pendientes.

E) CORTES Y RELLENOS SECCIONES TRANSVERSALES Para dimensionar la sección transversal, se ha tenido en cuenta que, siendo esta una carretera de bajo volumen de tránsito, solo requerirá: - Un solo carril de circulación, con plazoletas de cruce y/o de volteo cada cierta distancia (cada 500.00 m. de 3.00 m. x 30.00 m.), con ubicación indicada en los planos de obra. El seccionamiento se ha realizado en cada uno de las estacas ubicadas a lo largo del eje de la Carretera, cada 20.00 m. en zonas en tangente y cada 10.00 m. en curvas, con un ancho mínimo de 30.00 m. a ambos lados del eje. CONCLUSIONES: DISEÑO DE ESTRUCTURA DEL AFIRMADO OBJETIVO El presente estudio se realiza para determinar el espesor de la capa de material de cantera seleccionado que se colocara sobre la sub rasante de la carretera. A fin de que la carretera tenga durabilidad y capacidad de servicio durante el periodo de funcionamiento. 0 INTRODUCCION Para el presente proyecto el dimensionamiento del espesor del Afirmado, se realizará de acuerdo a la ecuación del método NAASRA (National Association of Australian State Road Authorities). En este método se relaciona el valor soporte del suelo (CBR) y la carga actuante sobre el afirmado, expresado en Número de Repeticiones de EE.

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I.-CALCULO DEL NÚMERO DE REPETICIONES DE EE PARA EL CARRIL DE DISEÑO INTENSIDAD DE TRÁNSITO EN NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES AL EJE ESTÁNDAR DE 18,000 LIBRAS DE CARGA, PARA EL PERIODO DE DISEÑO. TRAFICO DE DISEÑO Desde el punto de vista del diseño de la capa de rodadura solo tienen interés los vehículos pesados (buses y camiones), considerando como tales aquellos cuyo peso bruto exceda de 2.5 Tn. El resto de los vehículos que puedan circular con un peso inferior (motocicletas, motocar, automóviles y camionetas) provocan un efecto mínimo sobre la capa de rodadura, por lo que no se tiene en cuenta su cálculo. El tráfico proyectado al año horizonte, se clasificará según lo siguiente: CLASE TO IMDA (Total vehículos <15 ambos sentidos) Vehículos pesados (carril <6 de diseño) Nº de rep. EE <2.5x10 (carril de ^4 diseño)

T1

T2

T3

16-50

51-100

101-200

6-15

16-28

29-56

2.6x10^47.8x10^4

7.9x10^41.5x10^5

1.6x10^63.1x10^5

Trafico de vehículos en dos sentidos por día fc= factor de corrección FCEvehiculos ligeros = 1.002 FCE Vehículos pesados= 1.0318 II.-CALCULO DEL VALOR DEL CBR DE LA SUBRASANTE

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DETERMINACIÓN DE CBR. Para el cálculo del CBR de diseño se tendrá la siguiente consideración, de acuerdo al Manual de diseño para carreteras no pavimentadas: o Si el N° rep. De EE 8.2 tn es menor de 1 x 10 a la potencia 5: el CBR de diseño será aquel que represente al porcentil 60% de los valores de CBR. o Si el N° rep. De EE 8.2 tn es entre 1 x 10 a la potencia 5 y 1 x 10 a la potencia 6: el CBR de diseño será aquel que represente al porcentil 75% de los valores de CBR. Aplicando la formula con un percentil al 60%, el CBR de diseño será de 14.90% De acuerdo al cuadro adjunto:

VALORES

INSTITUTO DEL ASFALTO

PROGRESI VA

CALSIFICACI ÓN DE SUELOS

CBR 95%

10+00 15+00 5+00 25+00 19+00

A-7-6(11) A-7-6(8) A-7-6(11) A-2-4(0) A-2-4(0)

13.67 14.22 14.85 16.88 17.28

III.-DIMENSIONAMIENTO AFIRMADO

DEL

N° DE VALORES MAYORES O IGUALES A CBRi 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 ESPESOR

DE

% DE VALORES MAYORES O IGUALES (%) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 LA

CAPA

DE

CATALOGO ESTRUCTURAL DE LA SUPERFICIE DE RODADURA Para el dimensionamiento de los espesores de la capa de rodadura se adoptó como representativa la siguiente ecuación del método NAASRA (National Association of Australian State Road Autorities, hoy AUSTROADS) que relacionan el valor soporte del suelo CBR y la carga actuante sobre el afirmado, expresada en numero de repeticiones de EE Donde: e= [219-211x (log10 CBR)+58x (log10CBR^2]) xlog10x (Nrep/120) Ing. Civil EDINSON M, COTRINA HERNANDEZ CIP 85183

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E CBR Nrep

=espesor de la capa de afirmado en mm = valor del CBR de la subrasante = 14.90 = 72323.30 para el primer tramo 96551.60 para el segundo tramo

E= [219-211x(log10CBR)+58x(log10CBR)^2]xlog10x(Nrep/120) E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(72323.30/120) E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(72323.30/120) E= 142.58263

Es un espesor de 14.26 cm, con un Nº de repeticiones de ejes equivalentes de 72,323.30 Para el Nº de repeticiones de 96,551.60, del segundo tramo, tenemos el siguiente espesor: E= [219-211x(log10CBR)+58x(log10CBR)^2]xlog10x(Nrep/120) E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(96551.60/120) E= [219-211x(log10(14.90))+58x(log10(14.90))^2]xlog10x(96551.60/120) E= 149.0181772

Es un espesor de 14.90 cm. LUEGO: CONTRASTADO CON EL IMDA Y LAS CARACTERÍSTICAS PREDOMINANTES DEL SUELO ASUMIMOS UN ESPESOR DE 10 CM PARA AMBOS TRAMOS. COMPROBACION DE ESPESOR DE PAVIMENTO UTILIZANDO CUADROS Y ABACOS. El Manual de Diseño de caminos de bajo tránsito, para un determinado número de vehículos pesados ha estimado un número de ejes equivalentes, según el IMD, los cuales se dan a continuación, tanto para periodo de 5 como de 10 años. IMDA (total ambos sentidos ) 10 20 30 40 50

Veh. Pesados (carril de Diseño) 3 6 9 12 15

5 años (carril de diseño)

10años (carril de diseño)

Nº de Repetic.

Nº de Repetic

Nº de Repetic.

Nº de Repetic

13,565 27,130 40,695 56,197 67,824

1.36E+04

15,725 31451 47,176 65148 78,627

1.57E+04

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60 70 80 90

17 20 23 26

75,576 96,892 104,643 122,084

1.22E+05

87,613 112,324 121,310 141,528

1.42E+05

Para 3 vehículos pesados en el carril de diseño, el Nº de repeticiones de EE es 15,725 Para 4 vehículos, interpolando, entre 3 y 6 vehículos, el número de repeticiones es: 20,968.33 DETERMINACIÓN DE CBR. La subrasante es la capa superficial de terreno natural. Para la construcción de carreteras se analizará hasta 0.45 de espesor y para rehabilitación los últimos 0.20 m. En nuestro caso es una rehabilitación, y más aún, esta carretera ha sido continuamente mejorada con material de afirmado, y ese es el motivo de que los CBR tengan valores altos. La capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el tránsito y las características de los materiales de construcción de la superficie de rodadura, constituyen las variables básicas para el diseño del afirmado, que se colocará encima. Se identificarán cinco categorías de subrasante: SO S1 S2 S3 S4

: SUBRASANTE MUY POBRE : SUBRASANTE POBRE : SUBRASANTE REGULAR : SUBRASANTE BUENA : SUBRASANTE MUY BUENA

La Subrasante categoría S3,

CBR< 3% CBR= 3%-5% CBR = 6-10% CBR= 11-19% CBR> 20%

de esta carretera es buena y esta en la

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Tomando el valor de 15,725 repeticiones, encontramos que la curva se desarrolla a partir de 20,000 repeticiones, con un espesor de 10 cm, en la curva S3, por lo tanto tomamos estos 10 cm, como espesor del afirmado. Entrando con el valor de 20.968.00 repeticiones, en la curva S3, obtenemos 1 E=102 mm 2 E=10 cm. 3 Por lo tanto, asumimos el espesor de 10 cm y se esta comprobando el espesor de pavimento Por lo que es correcto asumir E= 10 cm. 4 Se esta tomando como espesor de la capa de afirmado la cantidad de 10 cm, coincidiendo con el Manual de diseño de caminos de bajo tránsito, que toma este valor como mínimo. CALIDAD DE LOS MATERIALES A EMPLEARSE De acuerdo al Manual para Diseño de Caminos no Pavimentados de Bajo Volumen de Transito, las características básicas para la superficie de Rodadura será: o Camino de BVT : T0 o IMD : T-3 o Ancho de calzada (m) : 1 carril 4.5 y 1 carril de 3.5 o Estructura y superficie de rodadura: Afirmado (mat. granular natural, grava, selecc. por zarandeo o mano, tam. Máx. 5cm). El tipo de material a utilizarse corresponde a un material granular natural o grava seccionada por zarandeo, con un índice de plasticidad hasta entre 4-9%, excepcionalmente se podrá incrementar la plasticidad hasta el 12%, previa justificación técnica. Para este tipo de material corresponde una granulometría: Tamiz

Porcentaje que pasa

50 mm ( 2” )

100

37.5 mm ( 1½” ) 25 mm ( 1” )

50-80

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19 mm ( ¾” ) 9.5 mm ( 3/8” ) 4.75 mm ( Nº 4 )

20-50

2.0 mm ( Nº 10 ) 4.25 um (Nº 40 ) 75 um (Nº 200 )

4-12

Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad:  Desgaste Los Ángeles: 50% máx. (MTC E 207)  Límite Líquido: 35% máx. (MTC E 110)  CBR (1): 40% mín. (MTC E 132)  Equivalente de Arena: 20% mín. (MTC E 114)  Referido al 100% de la Máxima Densidad SecaP y una Penetración de Carga de 0.1" (2.5 mm)

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